JP3593892B2

JP3593892B2 - 純水製造方法及び装置

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体関連製造工業、薬品製造工業、食品製造工業等の各種の産業や研究施設等において利用される純水の製造方法及び装置に関し、特に、脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して構成される電気式脱イオン水製造装置を用いて、被処理水中のシリカ（ＳｉＯ_２）や炭酸等の弱酸性物質を効率的に除去する純水製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脱イオンにより純水を製造する方法として、イオン交換法があるが、この方法では、使用するイオン交換体（特にイオン交換樹脂）がイオンで飽和された時に再生薬剤としての酸やアルカリの水溶液によって再生を行う必要があり、このような処理操作上の不利を解消すべく、かかる薬剤によるイオン交換体の再生が不要な電気式脱イオン法による純水製造法が確立され、実用化されている。
【０００３】
この電気式脱イオン法に用いる従来の電気式脱イオン水製造装置の構造を簡単に説明すると、カチオン交換膜とアニオン交換膜との間にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、該脱塩室の両外側に濃縮室を設け、このような脱塩室と濃縮室を陽極と陰極の間に配置したものである。この装置では、陽極と陰極との間に電圧を印加しながら、脱塩室に被処理水を、濃縮室に濃縮水（この中に脱イオンされたイオン成分が濃縮される）をそれぞれ流入させて、脱塩室において被処理水中の不純物イオンを除去すると共に、該不純物イオンを電気的に濃縮室に移動させ（後述するように、常時、イオン交換体によるイオンの吸着、水の電気分解、イオン交換体からのイオンの脱着が関与する）、脱塩室から純水を製造するものである。従って、電気式脱イオン法ではイオン交換体が不純物イオンで飽和されることが無いため、薬剤による再生が不要であるという利点を有する。
【０００４】
従来の純水製造用電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室にイオン交換体として強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂を混合又は積層して充填したものである。被処理水中に存在するマグネシウムやカルシウム等の硬度成分がイオン交換膜上に析出するのを防止するために、該電気式脱イオン水製造装置の前段に逆浸透膜分離装置や硬水軟化装置を設置するのが普通である。即ち、上水、工業用水、井水等の原水又はその前処理水を供給水として先ず逆浸透膜分離装置や硬水軟化装置で処理し、その処理水を被処理水として電気式脱イオン水製造装置に通水して、高度の脱イオン処理を行い純水を製造している。
【０００５】
電気式脱イオン法では、電気によりイオンの除去を行うために、その被処理水中の弱電解質成分に対しては除去率が低いという欠点があった。弱電解質としては、シリカ、炭酸等の弱酸性物質を代表的なものとして挙げることができる。
【０００６】
純水が使用される種々の分野の中でも、例えば、特にウェハや半導体デバイス等の電子部品製造等の分野では所謂超純水が用いられ、極めて高い純度（例えば、純度の一つの目安としての比抵抗値では１８ＭΩ・ｃｍ以上）が要求されるが、強電解質は勿論のこととして、上記の弱酸性物質の様な弱電解質も、例えば、炭酸は微量で超純水の比抵抗値を低下させ、また、シリカは比抵抗値にはあまり影響しないものの極力その量を少なくすることが望まれる。
【０００７】
従来から、純水を製造する技術の一つとして、２段の逆浸透膜分離装置を用い、第一段逆浸透膜で分離処理した第一透過水を第二段逆浸透膜で分離処理した第二透過水を得て、これを被処理水として電気式脱イオン水製造装置で脱イオン処理して、高純度化する技術はあった（特開平２−４０２２０号公報）。この第二透過水を脱イオン処理する電気式脱イオン水製造装置は、Ｎａ^＋やＫ^＋等のカチオン類とＣｌ⁻やＳＯ_４ ^−２等のアニオン類が多く含まれる被処理水を脱イオン処理する電気式脱イオン水製造装置と同様に、脱塩室にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合充填して用いられてきた。
【０００８】
上記第二透過水は、これを得るための２段の逆浸透膜分離装置による分離処理に際してアルカリ薬剤を添加しない場合は、該第二透過水にＮａ^＋やＫ^＋等のカチオン類は殆ど含まれず、該第二透過水に含まれる物質としては、シリカや炭酸とその解離により生じた重炭酸イオン及び炭酸イオン等の弱酸性物質が大半である。
【０００９】
従来から実用されている電気式脱イオン水製造装置の脱塩室は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の両方をアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０．５〜２の体積比率で混合して充填されるのが一般的である。しかしながら、このような体積比率では、例えば、上記の様な第二透過水を電気式脱イオン水製造装置で脱イオン処理して純水を製造するに当たって、該装置の脱塩室に導入された該第二透過水中の弱酸性物質を電気的に濃縮室に効率的に移動させる様な構成にはなっていない。また、電気式脱イオン水製造装置を効率的に運転するに当たって、必要な電流値がある。
【００１０】
本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑みて、電気式脱イオン水製造装置の脱塩室内の被処理水中のシリカや炭酸等の弱酸性物質を効率的に濃縮室へ移動除去することができる純水製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して構成される電気式脱イオン水製造装置により被処理水を脱イオンして純水を製造するに当たり、該脱塩室に充填するイオン交換樹脂をアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５の体積比率とし、該電気式脱イオン水製造装置に供給する被処理水のシリカ濃度を５００ｐｐｂ以下とすることを特徴とする純水製造方法、並びに、供給水を逆浸透膜分離処理する第一段逆浸透膜分離装置と該第一段逆浸透膜分離装置からの第一透過水を逆浸透膜分離処理する第二段逆浸透膜分離装置とを少なくとも含む複数段の逆浸透膜分離装置、および、その後段に設けられ、脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して構成され、且つ、該脱塩室にアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５の体積比率でイオン交換樹脂を充填し、該脱塩室に前記複数段の逆浸透膜分離装置からの最終透過水を通水して脱イオンする電気式脱イオン水製造装置を含むことを特徴とする純水製造装置を提供するものである。
【００１２】
電気式脱イオン水製造装置の脱塩室内の被処理水中の弱酸性物質を電気的に濃縮室に効率的に移動させるには、脱塩室中に強塩基性アニオン交換樹脂が充填されていることが望ましい。弱酸性物質は、強塩基性アニオン交換樹脂のイオン交換基で捕捉された後、樹脂層中を移動し、アニオン交換膜に到達し、アニオン交換膜を透過し、濃縮室側に移動する。この過程を説明すると、被処理水中の弱酸性物質は、強塩基性アニオン交換樹脂に吸着捕捉される。一方、電気式脱イオン水製造装置の脱塩室内部では、該装置への通電により起こる電気分解反応により、水が解離してＨ^＋イオンとＯＨ⁻イオンが生成しており、これらが樹脂を再生させる酸再生剤とアルカリ再生剤として作用する。このため、強塩基性アニオン交換樹脂に吸着された弱酸性物質は、これらのＨ^＋イオンとＯＨ⁻イオンとにより脱着され、電気的に濃縮室に移動し、この脱着により強塩基性アニオン交換樹脂は再生される。弱酸性物質の脱塩室から濃縮室への移動のメカニズムは、以上の様に考えられる。なお、強塩基性アニオン交換樹脂の代わりに中塩基性アニオン交換樹脂や弱塩基性アニオン交換樹脂を用いてもよいが、その場合は、上記弱酸性物質のうち、特にシリカの除去率が強塩基性アニオン交換樹脂を用いる場合と比べて低くなる。
【００１３】
即ち、この移動の駆動力が通電である。しかしながら、強塩基性アニオン交換樹脂以外にも電気が流れる。そのため、アニオン以外にカチオンが存在する場合には、カチオン交換樹脂にも電気が流れ、この通電は上記カチオンを濃縮室に移動させる駆動力にもなる。
【００１４】
しかしながら、電気式脱イオン水製造装置に供給する被処理水が、例えば、前述した２段の逆浸透膜分離装置により第一段逆浸透膜で分離処理した第一透過水を第二段逆浸透膜で分離処理した第二透過水である場合には、Ｎａ^＋やＫ^＋等のカチオン類は被処理水に殆ど含まれず、被処理水に含まれる物質はシリカや炭酸とその解離により生じた重炭酸イオン及び炭酸イオン等の弱酸性物質が大半であり、カチオン交換樹脂に多くの電気が流れることは望ましくないことが、本発明者の検討によって判った。
【００１５】
特に、上記第二透過水が、２段の逆浸透膜分離装置による分離処理に際してアルカリ薬剤を添加しない場合は、該第二透過水に含まれるカチオン量と該第二透過水に含まれるシリカや炭酸とその解離により生じた重炭酸イオンと炭酸イオン等の弱酸性物質量との間に非常に大きな差がある。このことは、この場合の該第二透過水のｐＨが、通常、５〜６の範囲であることからも判る。
【００１６】
つまり、電気式脱イオン水製造装置で被処理水からの弱酸性物質の除去を効率的に行うには、弱酸性物質の移動に関与するアニオン交換樹脂に多くの電気を流すことが重要であり、これを実現させるためには、該装置の脱塩室にアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５の体積比率、好ましくはアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．２５の体積比率でイオン交換樹脂を充填することが有効であることが、本発明者の検討によって分かった。なお、上記体積比率とは、基準型のイオン交換樹脂の湿潤状態における体積の比率である。基準型とは、強塩基性アニオン交換樹脂の場合は塩化物イオン形、強酸性カチオン交換樹脂の場合はナトリウム形であり、また、弱塩基性アニオン交換樹脂及び弱酸性カチオン交換樹脂の場合はそれぞれ遊離塩基形、遊離酸形である。
【００１７】
また、被処理水のシリカ濃度が５００ｐｐｂを越えると、電気式脱イオン水製造装置で電気抵抗が高くなり、そのため必要な電流値を確保するために電圧を上げると、該装置に用いられるアニオン交換膜に穴が開き、該装置による脱イオン操作を継続できなくなる虞があることが、本発明者の検討によって分かった。本発明は、上述のような知見に基づいて完成されたものである。
【００１８】
電気式脱イオン水製造装置の脱塩室内のイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂のみを充填する場合は、勿論、単独樹脂層の形で充填することになるが、アニオン交換樹脂とＨ^＋イオン以外のカチオン成分除去用のカチオン交換樹脂を併用する場合は、混床樹脂層の形でも、積層樹脂層の形でも、或いは、その組み合わせとして積層樹脂層の１層以上を混床樹脂層とした積層樹脂層の形でもよい。積層する場合の層数は、必要に応じて何層でもよく、特に限定されないが、全体としてアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５、望ましくは１：０〜０．２５の体積比率を満足する様にする。また、カチオン交換樹脂としては、強酸性カチオン交換樹脂でも、弱酸性カチオン交換樹脂でもよく、被処理水の性状等の諸条件を勘案して適切なものを選べばよい。
【００１９】
上水、工業用水、井水等の原水又はその前処理水を供給水として２段の逆浸透膜分離装置により第一段逆浸透膜で分離処理した第一透過水を第二段逆浸透膜で分離処理した第二透過水は、シリカ濃度が５００ｐｐｂ以下、通常は２００ｐｐｂ以下であり、また、原水中に存在するマグネシウムやカルシウム等の硬度成分が除去されており、そのため電気式脱イオン水製造装置内のイオン交換膜上にスケールが析出するのを防止することができるので、本発明の方法に用いる電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水するのに好ましい被処理水である。また、原水中の有機物を除去する活性炭処理装置及び／又はコロイド成分を含めた微粒子を除去する精密濾過膜や限外濾過膜等の濾過膜を備えた膜処理装置等の前処理装置を逆浸透膜処理装置の前段に設けるのが一般に好ましく、この場合は、このような前処理装置で原水の前処理水が得られる。
【００２０】
本発明の方法に用いる電気式脱イオン水製造装置に通水する更に好ましい被処理水は、上水、工業用水、井水等の原水又はその前処理水を供給水として２段の逆浸透膜分離装置により処理するに際してアルカリ薬剤の添加を行わずに第一段逆浸透膜で分離処理した第一透過水を第二段逆浸透膜で分離処理したシリカ濃度５００ｐｐｂ以下の第二透過水である。アルカリ薬剤を添加した場合には添加しない場合に比べて分離処理水である第二透過水中のカチオン量が増すことが分かっており、従来法に比ベてカチオン除去性能を落とす代わりに弱酸性物質の除去性能を向上させた本発明で用いる電気式脱イオン水製造装置の利点が減殺される。但し、上水、工業用水、井水等の原水又はその前処理水を供給水として２段の逆浸透膜分離装置により処理するに際してアルカリ薬剤の添加を行い第一段逆浸透膜で分離処理した第一透過水を第二段逆浸透膜で分離処理したシリカ濃度５００ｐｐｂ以下の第二透過水であっても、アルカリ薬剤の添加量がそれ程多くない場合にはアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０．１０〜０．３５の体積比率で脱塩室に両イオン交換樹脂を充填した電気式脱イオン水製造装置を用いれば、量的に増加したカチオン成分も除去でき、所望の純水を得ることができる。
【００２１】
本発明の方法に用いる電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水する被処理水のシリカ濃度が５００ｐｐｂ以下であれば、上述のように所望の純水を得ることができるが、例えば、被処理水として上記の第二透過水を上記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水した場合、脱塩室の電気抵抗が比較的高く、電力消費量が大きくなる。本発明の方法に用いる電気式脱イオン水製造装置の脱塩室の電気抵抗は何によって決まるかについて本発明者が鋭意検討を行った結果、脱塩室中の電気抵抗を上昇させる要因は炭酸に比ベシリカの方が大きく関与することが分かった。また、Ｎａ^＋、ＳＯ_４ ^−２等のイオン類は、その水中濃度が薄くなると逆浸透膜による除去性能（除去率）の低下が顕著に現れるが、シリカの場合はその水中濃度が薄くなっても逆浸透膜による除去性能（除去率）の低下が現れないことが分かった。
【００２２】
このような検討結果から、本発明者は、本発明の方法に用いる電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水する被処理水のシリカ濃度は５０ｐｐｂ以下であるのが好ましく、また、シリカ濃度５０ｐｐｂの被処理水は、通常、原水又はその前処理水を供給水として第一段逆浸透膜で分離処理した第一透過水を第二段逆浸透膜で分離処理した第二透過水を得、得られた第二透過水を更に第三段逆浸透膜で分離処理した第三透過水として得ることができることも見出した。従って、本発明の純水製造装置は、前述の複数段の逆浸透膜分離装置が、前記第二段逆浸透膜分離装置からの第二透過水を逆浸透膜分離処理する第三段逆浸透膜分離装置を有し、該第三段逆浸透膜分離装置からの第三透過水を前記電気式脱イオン水製造装置の前記脱塩室に通水する構成となっていることが好ましい。更に第四段以降の逆浸透膜分離装置を設けてもよいが、その設置費用と電気式脱イオン水製造装置に掛かる電力費用との両方を勘案すると、現在のところ第一段〜第三段の３段の逆浸透膜分離装置を設けるのが最善である。なお、３段以上の逆浸透膜分離装置を設ける場合も、アルカリ薬剤の非添加または添加の場合については、２段の逆浸透膜分離装置を設ける場合について前述したことと同様のことが言える。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
図１は、本発明に用いる電気式脱イオン水製造装置の一例の構造を示す模式断面図である。電気式脱イオン水製造装置１には、脱塩室７と濃縮室８は各複数交互に設けられている。一般的には、脱塩室７は、それぞれ各一個のモジュール品として製作される。即ち、四周枠状に形成された例えば合成樹脂製の枠体９の両側面にそれぞれカチオン交換膜１０とアニオン交換膜１１を接着し、その内部空間に強塩基性アニオン交換樹脂単独又は強塩基性アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂（但し、イオン交換樹脂の体積比率は、前述の通り）を充填して脱イオンモジュール１２を製作し、該脱イオンモジュール１２内のイオン交換樹脂充填部を脱塩室として構成する。イオン交換樹脂の充填の態様としては、前述した様に、強塩基性アニオン交換樹脂の単独樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混床樹脂層、積層樹脂層、その組み合わせのような充填の態様を採用することができる。
【００２５】
イオン交換樹脂の充填に当たっては、枠体９の一方の側面にカチオン交換膜１０（または、アニオン交換膜１１）を接着し、次いで枠体９の内空部にイオン交換樹脂を充填した後、枠体９の他方の側面にアニオン交換膜１１（または、カチオン交換膜１０）を接着し、両イオン交換膜１０、１１と枠体９とで形成される空間部にイオン交換樹脂を封入する。特に積層樹脂層のような充填の態様を採る場合には、特開平４−７１６２４号公報に記載されている様に、それぞれの樹脂層が独立して容易に充填できるように仕切り壁として水が通流できるネット付通流孔を設けた分割桁や分割柱を枠体９内に適当に設けてもよい。なお、イオン交換膜は比較的軟らかいので、枠体内にイオン交換樹脂を充填して両イオン交換膜を枠体に接着した時、該イオン交換膜が湾曲するようなことが無いように、枠体の空間部に複数のリブを縦設するのが一般的であるが、分割桁や分割柱はリブの役目も果たすことができる。
【００２６】
複数の脱イオンモジュール１２を離間して並設する。それぞれの脱イオンモジュール１２、１２間には四周枠状に形成されたゴムパッキング等の水密性部材からなるスペーサー１３を介在させ、このようにして形成される空間部を濃縮室８として構成する。濃縮室８の内部空間には、二種のイオン交換膜１０、１１同士の密着を防止して濃縮水の流路を確保するために、イオン交換繊維、合成樹脂製網体等の流路形成材を充填するのが好ましい。
【００２７】
上記のような脱塩室７と濃縮室８の交互配列体の両端部に陽極１４と陰極１５を配置し、特に図示されていないが陽極１４と陰極１５のそれぞれの近傍に必要に応じカチオン交換膜、アニオン交換膜又は中性の隔膜等の仕切膜を設けてもよく、両電極１４と１５の耐蝕性、延いては耐久性を向上させることもできる。この場合、仕切膜と陽極１４との間の空間部を陽極室１６として構成し、また、仕切膜と陰極１５との間の空間部を陰極室１７として構成する。
【００２８】
図１において、２は被処理水流入管、３は処理水（純水）流出管、１８は被処理水入口、１９は処理水出口、２０は濃縮水流入管、２１は濃縮水流出管、２２は電極水流入管、２３は電極水流出管である。図１の電気式脱イオン水製造装置１は、脱塩室７への被処理水の流入方向と濃縮室８への濃縮水の流入方向が相互に反対方向である向流方式を採用しているが、脱塩室７への被処理水の流入方向と濃縮室８への濃縮水の流入方向が同一方向である並流方式を採用することもできる。
【００２９】
図１の電気式脱イオン水製造装置１は、脱塩室７と濃縮室８を各複数設けた箱型であるが、脱塩室７と濃縮室８を各１個設け、複数重に巻き付けたスパイラル状構造の電気式脱イオン水製造装置としてもよい。この場合は、陽極と陰極との一方を中央に位置させ、他方を周辺に位置させて、脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置する構成とする。
【００３０】
図５は、本発明の純水製造装置の一例のフロー図である。上水、工業用水、井水等の原水を好ましくは活性炭処理装置及び／又は精密濾過膜や限外濾過膜等の濾過膜を備えた膜濾過装置等の前処理装置で処理して得た前処理水を供給水として第一段逆浸透膜分離装置、第二段逆浸透膜分離装置、第三段逆浸透膜分離装置の順で通水する。得られた第三透過水を電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水し、シリカや炭酸等の弱酸性物質を除去して純水（処理水）を製造する。各段の逆浸透膜分離装置からの濃縮水は、ブローしても前段の処理装置へ返送してもよい。特に、第二段逆浸透膜分離装置と第三段逆浸透膜分離装置からの濃縮水は、例えば、第一段や第二段逆浸透膜分離装置の前のラインなどに返送することもできる。図５では、逆浸透膜分離装置の数は３であるが、２でもよく、また、４以上でもよい。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３２】
図２は、実施例において使用した電気式脱イオン水製造実験装置の斜視図である。図３は、図２の電気式脱イオン水製造実験装置の断面図である。図４は、図２の電気式脱イオン水製造実験装置の部分組立図である。各図において、１０１は被処理水入口、１０２は処理水出口、１０３Ａと１０３Ｂは電極水入口、１０４Ａと１０４Ｂは電極水出口、１０５Ａと１０５Ｂは電極端子、１０６Ａと１０６Ｂは電極端子押さえ、１０７Ａと１０７Ｂは電極室、１０８Ａと１０８Ｂは電極（陽極と陰極）、１０９はアニオン交換膜、１１０はカチオン交換膜、１１１は脱塩室である。脱塩室１１１の両側は、アニオン交換膜１０９とカチオン交換膜１１０とにより挟まれており、その両外側に電極室１０７Ａと１０７Ｂを配置している。この実験装置は、前述したような脱イオンモジュールを１個だけ用い、電極室１０７Ａと１０７Ｂが濃縮室を兼ねた構造である。
【００３３】
この実験装置の脱塩室１１１の内側の寸法は、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ８ｍｍで、この脱塩室には８０ｍｌのイオン交換樹脂を充填した。両電極室１０７Ａと１０７Ｂの各厚さは、約２ｍｍである。
【００３４】
使用したアニオン交換膜とカチオン交換膜は、いずれも旭硝子株式会社製のイオン交換膜である。
【００３５】
実施例１
超純水中に水ガラスを添加した後、Ｈ形強酸性カチオン交換樹脂でＮａ^＋を除去してシリカを溶解した水溶液を調製し、モデル被処理水として上述した電気式脱イオン水製造実験装置に通水し、被処理水中に含まれる弱酸性物質であるシリカの除去試験を行った。モデル被処理水のシリカ濃度は、２００ｐｐｂであった。この被処理水を上記脱塩室に３０Ｌ（リットル）／ｈｒで通水した。濃縮室（電極室）には、６００μＳ／ｃｍの電気伝導度になるように調整した食塩水を９Ｌ／ｈｒで流した。なお、並流方式を採用した。
【００３６】
脱塩室に充填したイオン交換樹脂は、強塩基性アニオン交換樹脂がアンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ（略して「ＩＲＡ４０２ＢＬ」、ローム・アンド・ハース社製）で、カチオン交換樹脂が強酸性カチオン交換樹脂であるアンバーライトＥＳＧ−Ｋ（略して「ＥＳＧ−Ｋ」、ローム・アンド・ハース社製）であった。強塩基性アニオン交換樹脂と強酸性カチオン交換樹脂とを併用した場合は、混床樹脂層を形成した。脱塩室に充填したイオン交換樹脂と量を表１に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
試験１〜３が本発明の実施例で、試験４〜５が比較例である。電気式脱イオン水製造実験装置に０．２００Ａの直流の定電流を流した。この通電条件で、脱塩室で除去されるシリカ量と濃縮室に移動するシリカ量が同量になった時点でのシリカ除去率を測定した。この時点では、イオン交換樹脂層でのシリカ吸着によるシリカの除去ではなく、脱塩室から濃縮室へ電気的に移動したシリカ量である。シリカ除去率の結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】

【００４０】
表１と表２から明らかな様に、電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に強塩基性アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５の体積比率のイオン交換樹脂を充填することで、被処理水中に含まれる弱酸性物質であるシリカの除去率を向上させることができることが分かった。
【００４１】
電気式脱イオン水製造実験装置の脱塩室に強塩基性アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５の体積比率のイオン交換樹脂を充填することで、大気圧下で超純水に清浄空気を飽和させて炭酸を含ませた水溶液をモデル被処理水とした場合もシリカ除去率と同様に炭酸の除去率を向上させることができることが分かったが、炭酸は除去され易いため、シリカほど顕著なイオン交換樹脂組成間の差は現れなかった。即ち、本発明に従って脱塩室にイオン交換樹脂を充填した場合、電気式脱イオン水製造装置ではシリカ除去に比べ炭酸は除去し易いことが分かった。
【００４２】
従って、２段の逆浸透膜分離装置により第一段逆浸透膜で分離処理した第一透過水を第二段逆浸透膜で分離処理した第二透過水を得るに際して、従来法とは異なって、アルカリ薬剤の添加による炭酸のイオン化を行うこと無く電気式脱イオン水製造装置により第二透過水から炭酸を除去できることが分かる。
【００４３】
実施例２
モデル被処理水のシリカ濃度を１ｐｐｍ（試験６）又は５００ｐｐｂ（試験７）に調整し、電気式脱イオン水製造実験装置に０．４００Ａの直流の定電流を流した以外は実施例１の試験１と同様にして、シリカの除去試験を行った。その結果を表３に示す。試験６が比較例で、試験７が本発明の実施例である。
【００４４】
【表３】

【００４５】
表３に示す様に、１ｐｐｍの高シリカ濃度の被処理水を本発明に用いる電気式脱イオン水製造装置に通水し、効率的な脱イオン操作を行うには、高電圧が必要なため困難であり、被処理水のシリカ濃度は５００ｐｐｂ以下であることが必要で、実施例１の結果からシリカ濃度は２００ｐｐｂ以下であるのが好ましいことが分かる。そのため、現状の１段のみの逆浸透膜分離装置による上水、工業用水、井水等の原水又はその前処理水の分離処理水（透過水）のシリカ濃度は、逆浸透膜分離装置の操作条件や使用日数等によっても異なるが、通常、１〜２ｐｐｍであり、本発明に用いる電気式脱イオン水製造装置での脱イオン操作により該分離処理水から純水を製造するのは困難である。しかし、逆浸透膜の開発は目覚しいものがあり、今後開発される逆浸透膜を用いた１段のみの逆浸透膜分離装置による分離処理水（透過水）の水質がシリカ濃度としては５００ｐｐｂ以下になることも近い将来であると考えられ、その時が来たら、本発明の方法により１段の逆浸透膜分離装置による分離処理水（透過水）からも効率的な純水製造が可能になると思われる。
【００４６】
一方、現状の２段の逆浸透膜分離装置による分離処理水（第二透過水）のシリカ濃度は、回収率や逆浸透膜の使用日数等の諸条件により変わるが、通常は１０〜２００ｐｐｂであるので、本発明に従って脱塩室にイオン交換樹脂を充填した電気式脱イオン水製造装置で該分離処理水（第二透過水）から弱酸性物質を充分除去し、純水を製造することができる。
【００４７】
実施例３
電気式脱イオン操作での消費電力の評価を行うため、脱塩室の電気抵抗を直流通電で測定する試験を行った。前述の電気式脱イオン水製造実験装置の脱塩室に強塩基性アニオン交換樹脂のアンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬの８０ｍｌを充填して単独樹脂層を形成した。この単独樹脂層は、各試験において、シリカ濃度１．５ｐｐｍ〜５ｐｐｂの各水層で平衡に達した樹脂、炭酸飽和水で平衡に達した樹脂、ＯＨ形に再生した樹脂である。濃縮室（電極室）には６００μＳ／ｃｍの電気伝導度になるように調整した食塩水を満たした。結果を表４に示すが、表４中の電気抵抗の値は、上記実験装置に直流通電を行い、その時の電圧値から算出した数値である。
【００４８】
【表４】

【００４９】
表４の結果から、水層のシリカ濃度が高い場合には電気抵抗が上昇するが、炭酸濃度が上昇しても電気抵抗は殆ど変わらないことが分かった。つまり、強塩基性アニオン交換樹脂の電気抵抗の上昇はシリカによって起こり、炭酸では殆ど上昇しないことが分かった。また、表４の結果から、電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水する被処理水のシリカ濃度は、電気抵抗の値からみて５０ｐｐｂ以下であるのが好ましいことが分かる。
【００５０】
実施例４
超純水中に水ガラスを添加した後、Ｈ形強酸性カチオン交換樹脂でＮａ^＋を除去してシリカを溶解した水溶液を調製し、モデル被処理水として１段の逆浸透膜分離装置による分離処理試験をモデル被処理水量／透過水量＝１００／３０の割合で行い、シリカ除去率を調べた。モデル被処理水のシリカ濃度は、１６．６ｐｐｍ〜３０ｐｐｂであった。結果を表５に示す。
【００５１】
【表５】

【００５２】
シリカ濃度１６．６ｐｐｍは上水等の原水に相当し、シリカ濃度２．４ｐｐｍは１段の逆浸透膜分離装置からの透過水に相当し、シリカ濃度４００ｐｐｂは２段の逆浸透膜分離装置からの第二透過水に相当し、シリカ濃度３０ｐｐｂは３段の逆浸透膜分離装置からの第三透過水に相当する。
【００５３】
表５の結果から、逆浸透膜分離装置に通水する被処理水のシリカ濃度が薄くなってもシリカ除去性能（除去率）の低下が殆ど現れないことが分かる。このことと表４の結果からも判る様に、脱塩室に強塩基性アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５の体積比率でイオン交換樹脂を充填してなる電気式脱イオン水製造装置に通水する被処理水のシリカ濃度は５０ｐｐｂ以下であるのが好ましく、５ｐｐｂ以下であるのが更に好ましい。また、電気式脱イオン水製造装置に通水する前の原水又はその前処理水中のシリカを除去する方法としては、逆浸透膜分離処理が望ましく、現状の逆浸透膜で安定的にシリカ濃度５０ｐｐｂ以下の水質の分離処理水（透過水）を得るには、３段の逆浸透膜分離装置を用いて第三透過水を得る様にするのが良く、この第三透過水を本発明に従ってイオン交換樹脂を脱塩室に充填した電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水する被処理水とするのが好ましい。
【００５４】
【発明の効果】
脱塩室にアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５の体積比率でイオン交換樹脂を充填した電気式脱イオン水製造装置にシリカ濃度５００ｐｐｂ以下の被処理水を通水することで、シリカ、炭酸等の弱酸性物質を効率的に除去することができ、純水を製造することができる。
【００５５】
また、３段の逆浸透膜分離装置に原水又はその前処理水を供給水として通水してシリカ濃度を５０ｐｐｂ以下に低下させた第三透過水を得て、これを被処理水として上記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して脱イオン処理を行うことにより、電力的にも効率的に、高純度の純水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に用いることができる電気式脱イオン水製造装置の一例の構造を示す模式断面図である。
【図２】図２は、実施例において使用した電気式脱イオン水製造実験装置の斜視図である。
【図３】図３は、図２の電気式脱イオン水製造実験装置の断面図である。
【図４】図４は、図２の電気式脱イオン水製造実験装置の部分組立図である。
【図５】図５は、本発明の純水製造装置の一例のフロー図である。
【符号の説明】
１電気式脱イオン水製造装置
２被処理水流入管
３処理水流出管
７脱塩室
８濃縮室
９枠体
１０カチオン交換膜
１１アニオン交換膜
１２脱イオンモジュール
１３スペーサー
１４陽極
１５陰極
１６陽極室
１７陰極室
１８被処理水入口
１９処理水出口
２０濃縮水流入管
２１濃縮水流出管
２２電極水流入管
２３電極水流出管
１０７Ａ、１０７Ｂ電極室
１０９アニオン交換膜
１１０カチオン交換膜
１１１脱塩室

Claims

脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して構成される電気式脱イオン水製造装置により被処理水を脱イオンして純水を製造するに当たり、該脱塩室に充填するイオン交換樹脂をアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５の体積比率とし、該電気式脱イオン水製造装置に供給する被処理水のシリカ濃度を５００ｐｐｂ以下とすることを特徴とする純水製造方法。
前記被処理水が、供給水を第一段逆浸透膜で分離処理して得た第一透過水を更に少なくとも１段の逆浸透膜で分離処理して得た透過水であることを特徴とする請求項１に記載の純水製造方法。
前記被処理水のシリカ濃度を５０ｐｐｂ以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の純水製造方法。
前記被処理水が、供給水を第一段逆浸透膜で分離処理して得た第一透過水を第二段逆浸透膜で分離処理して第二透過水を得、得られた第二透過水を更に第三段逆浸透膜で分離処理して得た第三透過水であることを特徴とする請求項２又は３に記載の純水製造方法。
供給水を第一段逆浸透膜を含む複数段の逆浸透膜で分離処理するに際して、供給水及びいずれの透過水にもアルカリ薬剤を添加しないことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の純水製造方法。
供給水を逆浸透膜分離処理する第一段逆浸透膜分離装置と該第一段逆浸透膜分離装置からの第一透過水を逆浸透膜分離処理する第二段逆浸透膜分離装置とを少なくとも含む複数段の逆浸透膜分離装置、および、その後段に設けられ、脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して構成され、且つ、該脱塩室にアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：０〜０．３５の体積比率でイオン交換樹脂を充填し、該脱塩室に前記複数段の逆浸透膜分離装置からの最終透過水を通水して脱イオンする電気式脱イオン水製造装置を含むことを特徴とする純水製造装置。
前記複数段の逆浸透膜分離装置が、前記第二段逆浸透膜分離装置からの第二透過水を逆浸透膜分離処理する第三段逆浸透膜分離装置を含み、該第三段逆浸透膜分離装置からの第三透過水を前記電気式脱イオン水製造装置の前記脱塩室に通水する構成となっていることを特徴とする請求項６に記載の純水製造装置。